CN207894374U - 一种基于cmos的超高层建筑相对水平位移在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于CMOS的超高层建筑相对水平位移在线监测装置，包括激光垂准仪、接收筒、激光接收靶、CMOS图像传感器和图像处理装置；所述激光垂准仪位于建筑物底层，所述接收筒位于建筑物高层，接收筒的顶部安装有CMOS图像传感器，底部安装有激光接收靶，所述激光接收靶接收垂准仪发射的激光环栅，然后由COMS图像传感器拍摄成像，COMS图像传感器将成像数据传输到图像处理装置，从而获得建筑物高层与底层的实时相对水平位移曲线。本实用新型对超高层建筑相对水平位移变形进行高精度实时监测，满足了目前超高层建筑结构变形监测方法在高精度、自动化、实时化以及低成本等方面需求。
Description
技术领域
本实用新型属于超高层建筑在线监测技术领域，涉及一种超高层建筑相对水平位移在线监测装置，具体涉及一种基于CMOS图像的超高层建筑相对水平位移在线监测装置。
背景技术
建筑高度超过100m时，不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。全世界90％的超高层建筑位于中国，为确保这些高层建筑物的安全，《高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010》对超高层建筑的顶端位移和层间水平位移都有严格的限制。同时在高层建筑物的建设中，从工程施工到竣工，以及建成后的运营期间都要不断地对工程建筑物进行监测，以便掌握建筑物的变形规律，及时发现问题、分析原因、采取措施。
在超高层建筑相对水平位移监测中，目前采用的测量机器人采样率低无法满足实时动态监测的实时性要求，GNSS实时动态测量技术测量精度不高约为厘米级无法满足超高层建筑监测的精度要求。本装置主要针对超高层建筑的结构变形主要是相对水平位移监测，为满足目前超高层建筑结构变形监测方法在高精度、自动化、实时化以及低成本等方面需求提供解决方案。
实用新型内容
超高层建筑相对水平位移为建筑物高层由于受到日照、风、自身荷载以及其他外部影响因素引起的超高层建筑主体倾斜和挠度位移表现在水平面上的相对位置变化。为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于CMOS的超高层建筑相对水平位移在线监测装置，利用激光垂准仪、接收筒、CMOS图像传感器、激光接收靶、图像标定靶等组成动态数据采集硬件配合专用的相机标定、数据采集及数据分析软件实现超高层建筑相对水平位移的实时在线监测。通过固定在建筑物底层的信号发射装置产生的铅锤激光信号在固定于建筑物顶层的信号接收靶上的位移曲线来反映高层相对于底层的水平位置变化。当两个楼层之间高差过大时，也可以通过多个在线监测装置组合完成。
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于CMOS的超高层建筑相对水平位移在线监测装置，包括激光垂准仪、接收筒、CMOS图像传感器、激光接收靶、和图像处理装置；
所述激光垂准仪位于建筑物底层，所述接收筒位于建筑物高层，接收筒的顶部安装有CMOS图像传感器，底部安装有激光接收靶，所述激光接收靶接收垂准仪发射的激光环栅，然后由COMS图像传感器拍摄成像，COMS图像传感器将成像数据传输到图像处理装置，从而获得建筑物高层与底层的实时相对水平位移曲线。所述的接收筒为整个在线监测装置的信号接收部分，所述的激光垂准仪为整个在线监测装置的信号发射部分，采用强制对中装置可以固定在被测点经整平后向上垂直发射激光束；进行超高层建筑相对水平位移监测时，在建筑物底层安置激光垂准仪并整平，激光垂准仪发射的铅锤的激光环栅被安置在高层的图像标定靶接收并被COMS图像传感器拍摄成像；所述的CMOS图像传感器，是一种典型的固体成像传感器，用于拍摄获取激光束图像，经过光电数模等转换将图像信号送入数据采集卡，数据采集卡对其进行调理、采集、缓存，并通过USB2.0接口将数据输送到计算机或单片机进行后续处理。
进一步的，还包括用于确定相机畸变参数的图像标定靶。
进一步的，所述图像标定靶由一块平面平整度优于0.02mm的平板玻璃，一面覆有规则圆形图案的白色铜版纸制成。图像标定靶上各圆形目标在靶标坐标系下的坐标为已知的，并由特定的图形组合来自动判断图像上各圆形目标的编号，通过对标定靶进行图像采集、处理，建立CMOS图像传感器的相机畸变模型，实现低成本CMOS图像传感器的高精度图像处理结果。
进一步的，所述激光接收靶由一块平面平整度优于0.02mm的平板玻璃，一面覆上光滑的白色铜版纸制成。
进一步的，激光接收靶或图像标定靶到CMOS图像传感器的距离由CMOS图像传感器的焦距来确定。
进一步的，所述接收筒包括外筒、设于外筒外侧顶部的盖板和把手、设于外筒底部的角螺旋、设于外筒内侧顶部用于固定CMOS图像传感器的挡板、以及设于外筒内侧底部用于固定激光接收靶或图像标定靶的卡槽。
进一步的，所述图像处理装置为计算机或单片机。
本实用新型具有如下优点：本装置通过将激光垂准仪、CMOS图像传感器、激光接收靶、图像标定靶等组成动态数据采集硬件配合专用的相机标定、图像处理装置实现超高层建筑相对水平位移的实时在线监测。通过自制的图像标定板实现低成本CMOS图像传感器的高精度多分辨率标定，进而得到亚毫米级的实时监测精度，能准确反映超高层建筑内测点在监测时段内的相对水平位移变形曲线，进而计算出振动频率、幅值等信息，对超高层建筑相对水平位移变形进行高精度实时监测。满足了目前超高层建筑结构变形监测方法在高精度、自动化、实时化以及低成本等方面需求。
附图说明
图1是本实用新型的整体装置结构示意图。
图2是本实用新型中外筒的结构示意图。
图3是本实用新型的激光接收靶标(1)、图像标定靶(2)的结构示意图。
图4是本实用新型的工作原理的示意图。
图中标记：1-外筒，2-盖板，3-把手，4-角螺旋，5-挡板，6-卡槽，7-CMOS图像传感器。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
参见图1，本实用新型所述的一种基于CMOS的超高层建筑相对水平位移在线监测装置，包括激光垂准仪、CMOS图像传感器、激光接收靶和图像处理装置；所述激光垂准仪位于建筑物底层，所述接收筒位于建筑物高层，接收筒的顶部安装有CMOS图像传感器，底部安装有激光接收靶，所述激光接收靶接收垂准仪发射的激光环栅，然后由COMS图像传感器拍摄成像，COMS图像传感器将成像数据通过USB通讯传输到图像处理装置，从而获得建筑物高层与底层的实时相对水平位移曲线。
通过以激光垂准仪为主要设备的信号发射装置和以CMOS图像传感器、激光接收靶为主要设备的信号接收装置，所述激光接收靶由一块平面平整度优于0.02mm的平板玻璃，一面覆上光滑的白色铜版纸制成，如图3(1)所示。通过实时图像采集和处理技术实现超高层建筑不同区段之间的相对水平位移的在线监测。本实用新型实施例还包括用于确定相机畸变参数的图像标定靶，所述图像标定靶由一块平面平整度优于0.02mm的平板玻璃，一面覆有规则圆形图案的白色铜版纸制成，如图3(2)所示。其中，激光接收靶或图像标定靶到CMOS图像传感器的距离由CMOS图像传感器的焦距来确定。采用特制的图像标定靶能够实现CMOS图像传感器的高精度多分辨率畸变模型的建立，使得利用低成本图像采集设备完成高精度测量成为可能。
如图2所示，所述接收筒包括外筒1、设于外筒外侧顶部的盖板2和把手3、设于外筒1底部的角螺旋4、设于外筒1内侧顶部用于固定CMOS图像传感器7的挡板5，以及设于外筒1内侧底部用于固定激光接收靶或图像标定靶的卡槽6。
本实用新型装置在使用时，首先是CMOS图像传感器的标定，将图像标定板置于外筒1内侧底部的卡槽上并保证其水平安置。打开CMOS图像传感器以及相应的图像处理装置，进入相机标定模式，其中标定板中各标志点坐标已保存在处理器中，图像处理装置采用直接线性变换法计算相机的畸变参数。对于不同的CMOS图像传感器可以根据成像单元质量确定畸变模型的分辨率。完成了相机标定后的相机参数被存储在处理器中，并在实时监测时被用于图像处理。接下来是超高层建筑的相对水平位移在线监测，首先将信号发射部分激光垂准仪安置在建筑物底层的监测点上并采用强制对中装置固定，调整激光垂准仪的脚螺旋将其整平后打开激光。将激光接收靶置于在外筒1内侧底部的卡槽上并保证其水平安置。在建筑物高层待测位置安置信号接收装置，调整外筒底部的脚螺旋将其整平，并将外筒的定向位置与建筑物轴线方向对齐。打开
CMOS图像传感器，并确保激光环栅图像清晰尽量位于接收靶中部。通过图像处理装置进行在线监测，实时输出监测结果。
本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。
Claims (7)
1.一种基于CMOS的超高层建筑相对水平位移在线监测装置，其特征在于：包括激光垂准仪、接收筒、激光接收靶、CMOS图像传感器和图像处理装置；
所述激光垂准仪位于建筑物底层，所述接收筒位于建筑物高层，接收筒的顶部安装有CMOS图像传感器，底部安装有激光接收靶，所述激光接收靶接收垂准仪发射的激光环栅，然后由COMS图像传感器拍摄成像，COMS图像传感器将成像数据传输到图像处理装置，从而获得建筑物高层与底层的实时相对水平位移曲线。
2.如权利要求1所述的一种基于CMOS的超高层建筑相对水平位移在线监测装置，其特征在于：还包括用于确定相机畸变参数的图像标定靶。
3.如权利要求2所述的一种基于CMOS的超高层建筑相对水平位移在线监测装置，其特征在于：所述图像标定靶由一块平面平整度优于0.02mm的平板玻璃，一面覆有规则圆形图案的白色铜版纸制成。
4.如权利要求1所述的一种基于CMOS的超高层建筑相对水平位移在线监测装置，其特征在于：所述激光接收靶由一块平面平整度优于0.02mm的平板玻璃，一面覆上光滑的白色铜版纸制成。
5.如权利要求2所述的一种基于CMOS的超高层建筑相对水平位移在线监测装置，其特征在于：激光接收靶或图像标定靶到CMOS图像传感器的距离由CMOS图像传感器的焦距来确定。
6.如权利要求1所述的一种基于CMOS的超高层建筑相对水平位移在线监测装置，其特征在于：所述接收筒包括外筒、设于外筒外侧顶部的盖板和把手、设于外筒底部的角螺旋、设于外筒内侧顶部用于固定CMOS图像传感器的挡板，以及设于外筒内侧底部用于固定激光接收靶或图像标定靶的卡槽。
7.如权利要求1所述的一种基于CMOS的超高层建筑相对水平位移在线监测装置，其特征在于：所述图像处理装置为计算机或单片机。
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